專利名稱：一種汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車安全領(lǐng)域，涉及一種導(dǎo)航系統(tǒng)，特別涉及一種汽車慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)，用以進(jìn)行三維道路導(dǎo)航，也可以用于三維道路的檢測。
背景技術(shù)：
隨著中國道路和汽車擁有量的高速發(fā)展，汽車和導(dǎo)航產(chǎn)品的聯(lián)系越來越緊密。選 擇一款合適的車載導(dǎo)航系統(tǒng)，會給駕駛者帶來不一樣的駕乘感受和全新汽車生活體驗(yàn)?，F(xiàn) 在市場上運(yùn)用在汽車上的導(dǎo)航系統(tǒng)大多是GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，然而，GPS導(dǎo)航儀內(nèi)部的地圖要時(shí) 時(shí)更新以確保導(dǎo)航儀能夠正確的指引駕駛著到達(dá)目的地，與此同時(shí)GPS導(dǎo)航儀的使用還要 取決于天氣情況，比如多云的天氣使用GPS導(dǎo)航可能達(dá)不到預(yù)期的效果。另外，在購買GPS 導(dǎo)航儀和升級導(dǎo)航儀時(shí)，成本比較高，大部分消費(fèi)者無法接受。正是由于上述原因，如果在 汽車上使用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，它能夠?qū)囕v行駛姿態(tài)的實(shí)時(shí)測量、記錄、顯示，可以方便駕駛 員了解路況，甚至對于不熟悉路形的駕駛者來說也方便他及時(shí)原路返回。此外，慣性導(dǎo)航還 有GPS導(dǎo)航無法做到的功能，利用其記錄下來的車輛行駛軌跡，姿態(tài)，可以將此信息用于道 路的檢測，為車輛事故再現(xiàn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)，因此慣性導(dǎo)航具有很好的運(yùn)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于89C51而設(shè)計(jì)， 投資成本低，設(shè)計(jì)簡單，能夠讓駕駛者享受到準(zhǔn)確的三維道路導(dǎo)航。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種汽車慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)，包括電源模塊，其特征在于電源模塊上并列連接有陀螺儀器和三軸重力加速度 芯片，陀螺儀器和三軸重力加速度芯片并列與多路AD轉(zhuǎn)換芯片一端相連，多路AD轉(zhuǎn)換芯片 另一端與MCU系統(tǒng)和上位機(jī)依次相連；所述的電源模塊還與MCU系統(tǒng)一端相連。所述的電源模塊上并列連接有一個(gè)或多個(gè)陀螺儀器，所述的陀螺儀器為ADXRS300 陀螺儀。所述的三軸重力加速度芯片為MMA7260。所述的AD轉(zhuǎn)換芯片為MAX196。所述的MCU系統(tǒng)為AT89C51單片機(jī)。所述的MCU系統(tǒng)與上位機(jī)通過串口通信RS232通信實(shí)現(xiàn)連接。本實(shí)用新型的汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)(1)成本低，使用 方便，相對于運(yùn)用在汽車上的GPS導(dǎo)航，慣性導(dǎo)航的成本相對低很多，關(guān)鍵是使用的時(shí)候性 能穩(wěn)定，不受天氣和地圖更新的影響。(2)運(yùn)用領(lǐng)域廣，由于記錄的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行保存，調(diào)用，對于研究汽車的事故可以 提供直接的數(shù)據(jù)，還可用于公路測量。(3)發(fā)展空間大，由于該系統(tǒng)可以單獨(dú)使用，配合其它工具，同樣可以達(dá)到測量姿 態(tài)的效果。
圖1為本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)圖圖2為本實(shí)用新型的三軸重力加速度芯片 MMA7260QT的原理示意圖。圖3為本實(shí)用新型的ADXRS300陀螺儀器的原理示意圖。圖4為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)運(yùn)算處理流程圖。圖5為本實(shí)用新型多路AD轉(zhuǎn)換芯片MAX196轉(zhuǎn)換電路示意圖。圖6為本實(shí)用新型串口通信電路示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的原理是通過陀螺儀與三軸重力加速度芯片相配合采集車輛在路面 行駛的姿態(tài)模擬信號，將這些模擬信號經(jīng)過多路AD轉(zhuǎn)換芯片處理后送入MCU系統(tǒng)，MCU對 車輛在俯仰，橫滾，航向三個(gè)方向的姿態(tài)角進(jìn)行高速解算，并10HZ-50HZ的速度將解算的姿 態(tài)角經(jīng)過串口通信輸出到上位計(jì)算機(jī)中，在上位計(jì)算機(jī)上經(jīng)過VB軟件的處理，得到三維姿 態(tài)，把車輛的姿態(tài)圖像化處理成可視化顯示在駕駛者前方，并將相關(guān)數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行保存，方 便駕駛者的觀察和查詢。參見圖1本實(shí)用新型的汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括電源模塊，電源模塊上并列連接有 陀螺儀器和三軸重力加速度芯片，陀螺儀器和三軸重力加速度芯片并列與多路AD轉(zhuǎn)換芯 片一端相連，多路AD轉(zhuǎn)換芯片另一端與MCU系統(tǒng)和上位機(jī)依次相連。另外電源模塊還與 MCU系統(tǒng)一端相連。特別地本實(shí)用新型的硬件主要由三個(gè)ADXRS300陀螺儀和一個(gè)MMA7260三軸重力 加速度計(jì)測量車輛的姿態(tài)數(shù)據(jù)，測量所得的6路模擬信號由MAX196芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，整套 系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，經(jīng)過單片機(jī)處理的信號經(jīng)過RS232串口通信傳至上位機(jī)， 在上位機(jī)上由VB編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，進(jìn)而經(jīng)過圖像處理可以三維顯示車輛的實(shí)時(shí)姿態(tài)。本實(shí)用新型可以在電源模塊上并列連接有一個(gè)或多個(gè)陀螺儀器，所述的陀螺儀器 可以為ADXRS300陀螺儀。參見圖3ADXRS系列陀螺儀的外圍尺寸為7mmX7mmX3mm，量程 為士300° /s，其外圍電路主要是電容和電阻組成，引腳AVCC接5V電源電壓，22nF的電容 用于產(chǎn)生12V的電壓以供部分電路使用。測得的角速度以電壓形式在引腳RATEqut輸出， 0° /s時(shí)輸出電壓為2. 5V，RATE0UT與引腳SUMJ之間并聯(lián)一個(gè)電阻R。ut，ADXRS300陀螺儀 直接的用途就是做角速度測量儀，此外也可以用于測量物體旋轉(zhuǎn)角度-對陀螺儀的輸出結(jié) 果積分，所得的數(shù)值即為角度。本實(shí)用新型使用ADXRS300陀螺儀測量角度，通過ADXRS300 角速度測量儀測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。陀螺儀可以以任何角度安裝在旋轉(zhuǎn)物體的任何 地方，只要測量使陀螺儀旋轉(zhuǎn)軸和所要測量的軸平行即可，再對角速度積分就是所需要測 量的角度。本實(shí)用新型的三軸重力加速度芯片可以為MMA7260，參見圖2。MMA7260加速度 傳感器用于測量X，Y，ζ軸的加速度。該器件采用MEMS原理制作，低成本、低功耗、單芯片 集成XYZ三軸感應(yīng)加速度傳感器，可準(zhǔn)確測量0 350Hz、士6g范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)加速度， MMA7260加速度傳感器采集汽車加速度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過12位AD轉(zhuǎn)換芯片MAX196經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后傳輸至AT89C51，其中g(shù)-Selectl，g-SeleCt2是三軸重力加速度的量程，和靈敏度 的選擇位，本申請選擇量程最大，靈敏度最高的模式，給g-SeleCtl，g-SeleCt2都給邏輯1， 得到的最大加速度量程是6g，靈敏度是200mV/g，其中XOTT，Yout, Zout分別代表代表X，Y，Z軸 的加速度輸出。MMA7260可準(zhǔn)確測量0 350Hz、士6g范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)加速度，還能夠監(jiān) 測車體微小震動(dòng)和整車的傾斜角度。需要說明的是由于本實(shí)用新型中MMA7260具有X、Y、Z三個(gè)方向的模擬信號，加上 3個(gè)ADXRS300的3路模擬信號，總共有6路模擬信號需要轉(zhuǎn)換，因此本申請的AD轉(zhuǎn)換芯片 選擇MAX196，它是美信公司生產(chǎn)的6通道12位的AD轉(zhuǎn)換芯片，參見圖5。MAX196只需要單 個(gè)+5V供電，就可以支持高達(dá)IOV的模擬電壓的輸入，而且6個(gè)通道時(shí)相互獨(dú)立的，這給系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來方便。其中MAX196上的CHO，CH1，CH2，CH3，CH4，CH5可以選擇的6路模擬輸 入引腳。本實(shí)用新型MCU系統(tǒng)為AT89C51單片機(jī)，它能夠?qū)囕v在俯仰，橫滾，航向三個(gè)方 向的姿態(tài)角進(jìn)行高速解算，并以10HZ-50HZ的速度將解算的姿態(tài)角經(jīng)過串口通信輸出到上 位計(jì)算機(jī)中。本實(shí)用新型的MCU系統(tǒng)與上位機(jī)通過串口通信RS232通信實(shí)現(xiàn)連接，參見圖6它 是一種最為經(jīng)濟(jì)的通信方式。由于單片機(jī)的輸入和輸出為TTL電平，而一般的PC機(jī)上的串 口則采用RS-232電平，因此，在單片機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行串口通信時(shí)，就必須完成電平的轉(zhuǎn)化，這 種電平的轉(zhuǎn)換可以采用專門的集成電路完成，在這里選擇比較常用的MAX232進(jìn)行串口通 本實(shí)用新型數(shù)據(jù)運(yùn)算處理流程，參見圖4。首先將陀螺儀的輸出通過數(shù)據(jù)采集器 輸送至單片機(jī)中進(jìn)行處理，然后經(jīng)過串行通信上傳至上位機(jī)，在PC機(jī)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行積分運(yùn) 算，就可以得到所需的角度數(shù)據(jù)。此時(shí)，讀取陀螺儀的輸出電壓值，換算成角速度并進(jìn)行積 分，通過Visual Basic程序來實(shí)現(xiàn)。其中從計(jì)算機(jī)端口讀取的數(shù)值為12位2進(jìn)制數(shù)，利用公 式V。ut = IOX (AX16+B+C/16)*4096-5(1)可以把12位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，從而求得 陀螺儀的實(shí)際輸出電壓。其中A，B，C分別為V。ut12位二進(jìn)制數(shù)的高4位、中4位和低4位。電 壓值換算成角速度由下式?jīng)Q定設(shè)角速度為《，Vout為輸出電壓，則w = (Vout-V0)/5mV/° / s (2)其中5mV/° /s為ADXRS300陀螺儀的靈敏度，V0為陀螺儀靜止時(shí)的輸出電壓，一 般為2. 5V。積分的主要步驟是用角速度W。乘以程序運(yùn)行一次所用的時(shí)間At，循環(huán)運(yùn)行程 序，對每次的乘積進(jìn)行累加，并實(shí)時(shí)送出累加結(jié)果，該結(jié)果即為測得的物體轉(zhuǎn)過的角度，其 中A0，Al，A2分別是初始角度，變化角度和實(shí)際角度。
權(quán)利要求一種汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，包括電源模塊，其特征在于電源模塊上并列連接有陀螺儀器和三軸重力加速度芯片，陀螺儀器和三軸重力加速度芯片并列與多路AD轉(zhuǎn)換芯片一端相連，多路AD轉(zhuǎn)換芯片另一端與MCU系統(tǒng)和上位機(jī)依次相連；所述的電源模塊還與MCU系統(tǒng)一端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述的電源模塊上并列連接 有一個(gè)或多個(gè)陀螺儀器，所述的陀螺儀器為ADXRS300陀螺儀。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述的三軸重力加速度芯片 為 MMA7260。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述的AD轉(zhuǎn)換芯片為 MAX196。
5.如權(quán)利要求1所述的汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述的MCU系統(tǒng)為AT89C51單 片機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述的MCU系統(tǒng)與上位機(jī)通 過串口通信RS232實(shí)現(xiàn)通信連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，包括電源模塊，電源模塊上并列連接有陀螺儀器和三軸重力加速度芯片，陀螺儀器和三軸重力加速度芯片并列與多路AD轉(zhuǎn)換芯片一端相連，多路AD轉(zhuǎn)換芯片另一端與MCU系統(tǒng)和上位機(jī)依次相連，所述的電源模塊還與MCU系統(tǒng)一端相連。本實(shí)用新型成本低，使用方便，相對于運(yùn)用在汽車上的GPS導(dǎo)航，慣性導(dǎo)航的成本相對低很多，關(guān)鍵是使用的時(shí)候性能穩(wěn)定，不受天氣和地圖更新的影響。另外，系統(tǒng)運(yùn)用領(lǐng)域廣，由于記錄的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行保存、調(diào)用，對于研究汽車的事故可以提供直接的數(shù)據(jù)，還可用于公路測量。該系統(tǒng)可以單獨(dú)使用，配合其它工具，同樣可以達(dá)到測量姿態(tài)的效果。
文檔編號G01C21/18GK201697636SQ20102021720
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者王良剛, 胡泊, 韋筱, 韓毅 申請人:長安大學(xué)